Ở đề tài này nhóm sẽ khảo sát về động cơ, Ecu của xe máy điện VinfastImpes tiếp đó thực hiện thay thế ECU và động cơ mới vào xe để tăng được moment nhằm tạo ra độ trượt giữa bánh xe và m
TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Thiết kế Traction control system cho xe máy điện là vì nó là một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển có tiềm năng lớn trong ngành công nghiệp xe máy điện Hệ thống traction control giúp cải thiện khả năng kiểm soát và ổn định của xe máy điện trên mọi loại địa hình và điều kiện đường Chúng ta có thể đánh giá và cải thiện hiệu suất vận hành của xe trong các tình huống thực tế Điều này có thể giúp giảm nguy cơ tai nạn và tăng cường an toàn cho người điều khiển và người tham gia giao thông khác
Sau khi khảo sát và tổng quan về các bài báo, tài liệu tham khảo trong nước ở mức độ đề tài sinh viên thì nhóm vẫn chưa thấy nhóm hay tổ chức nào đã và đang làm về đề tài thiết kế kiểm soát lực kéo cho xe máy điện, chính vì lý do đó nhóm quyết định làm về đề tài này với mong muốn là những nhóm sinh viên đầu tiên khai thác về đề tài này
Vì nhu cầu thực tế hiện nay gần đây hãng ECU Votol đã phát hành tính năng Traction Control System(mới) trên phần mềm của họ, nhóm tin rằng đây sẽ là thời gian thích hợp giúp nhóm tích lũy thêm kiến thức, góp phần đáp ứng nhu cầu thực tế hiện nay của người dùng.
Mục tiêu
Khảo sát và tổng quan các bài báo về kiểm soát lực kéo
Thực nghiệm trượt trên nhiều loại mặt đường
Thay thế hệ thống mới vào xe để đáp ứng thử nghiệm trượt
Thiết kế bộ cơ khí cho xe khi thực nghiệm trượt
Thiết kế bộ kiểm soát lực kéo Đánh giá ,so sánh và phân tích kết quả thực nghiêm khi xe có TCS và không có TCS.
Đối tượng nghiên cứu
Thiết kế hệ thống kiểm soát lực kéo TCS trên xe máy điện Vinsfast Impes
Xây dựng điều kiện mặt đường có hệ số bám thấp, trơn trượt.
Các nghiên cứu đã công bố trong và ngoài nước
Tại Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về hệ thống kiểm soát lực kéo tuy nhiên chưa có công trình nào đáng kể Việc nghiên cứu hệ thống kiểm soát lực kéo nhằm hạn chế các hiện tượng trượt không ma sát của bánh xe ô tô nhằm tiến tới các ứng dụng trên các ô tô sản xuất và lắp ráp trong nước
Nhóm nghiên cứu Tao-Hung Chen và Chia-Hung Tu đã nghiên cứu và thiết kế Traction Control System trên xe máy điện trên mặt đá hoa cương có xà phòng Bài báo đề xuất một TCS mới dựa trên các tín hiệu cảm biến phản hồi đa trạng thái của xe máy điện (tức là tốc độ lệch, lực ngang, tỷ lệ trượt và tốc độ xe) Hệ thống có thể điều chỉnh hiệu quả đầu ra của trình điều khiển động cơ để phù hợp với nhiều môi trường lái xe khác nhau với khả năng mở rộng Các thí nghiệm trong thế giới thực đã xác nhận thành công rằng thiết kế nghiên cứu này có thể cải thiện tính an toàn khi lái xe trong những điều kiện mặt đường quan trọng một cách hiệu quả
Nhóm nghiên cứu Bo-Chiuan Chen và Chia-Hsing Chu đã thiết kế bộ kiểm soát lực kéo sử dụng hệ thống điều khiển mờ tự tổ chức (SOFC) cho xe máy điện, lực kéo được sử dụng để ước tính hệ số ma sát trên đường Tỷ lệ trượt tham chiếu cho TCS được xác định bằng cách sử dụng độ dốc ước tính Theo sai số và sự thay đổi sai số của tỷ số trượt, SOFC điều chỉnh nhu cầu mô men xoắn cho động cơ bánh xe Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy TCS đề xuất có thể phát hiện sự thay đổi ma sát của mặt đường và duy trì hệ số trượt trong vùng ổn định.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu từ các tài liệu, giáo trình đang được dùng làm phương tiện giảng dạy cho sinh viên
Nghiên cứu thông tin qua các trang và video trên internet, google schoolar, thư viện số Sư Phạm Kỹ Thuật, và từ các nguồn khác,
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về TCS
Hệ thống TCS (Traction Control System) là một công nghệ an toàn ô tô giúp ngăn chặn mất kiểm soát của xe trong trường hợp bánh xe bị trượt hoặc mất ma sát trên đường Hệ thống này sử dụng các cảm biến để giám sát tình trạng của bánh xe và điều khiển hệ thống phanh để giữ cho bánh xe không bị trượt hoặc mất kiểm soát
Khi bánh xe bắt đầu trượt, hệ thống TCS sẽ phát hiện tín hiệu từ các cảm biến để nhận biết tình trạng này và tự động điều chỉnh lực phanh của bánh xe đó để tránh mất kiểm soát Nó cũng có thể giảm công suất động cơ để giữ cho bánh xe không trượt
Hệ thống TCS cũng được tích hợp với hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD) và hệ thống phanh ABS để đảm bảo hiệu quả cao nhất trong các tình huống khẩn cấp
TCS được sử dụng phổ biến trên các loại xe cao cấp và các loại xe hạng sang Nó giúp tăng cường an toàn khi lái xe trong điều kiện trượt, đảm bảo độ bám đường tốt hơn và giảm nguy cơ tai nạn.
Hệ số bám và lực bám
Hệ số bám dọc 𝜑 𝑥 và lực bám dọc 𝐹 𝜑 𝑥
Nếu xét khả năng bám theo chiều dọc (khi dưới bánh xe chỉ có phản lực dọc: lực kéo hoặc lực phanh) thì hệ số bám được gọi là hệ số bám dọc 𝜑 𝑥 và được định nghĩa là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến cực đại (hoặc lực phanh cực đại Fpmax) sinh ra tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe bị phanh với mặt đường trên tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe Gb Đối với bánh xe đang phanh:
Fpmax –Lực phanh cực đại tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường (N)
Cần chú ý rằng, lực phanh Fpmax trên công thức (2.2) được xác định bằng biểu thức:
Tức là lực phanh được tạo ra là do khả năng của động cơ hoặc cơ cấu phanh, nhưng lực này có được sử dụng hết hay không còn phụ thuộc vào khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường Từ định nghĩa hệ số bám dọc ta có thể xác định lực phanh cực đại phát sinh theo điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường như sau:
Nếu gọi Zb là phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thì:
Lúc đó lực bám dọc 𝐹𝜑𝑥 được xác định như sau:
Nếu bánh xe đang phanh, để bánh xe không bị trượt lết khi phanh thì lực phanh cực đại ở bánh xe đó phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám dọc:
Hệ số bám ngang 𝜑 𝑦 và lực bám ngang 𝐹 𝜑 𝑦
Nếu xét khả năng bám theo chiều ngang (khi bánh xe chỉ có phản lực ngang Yb) thì hệ số bám được gọi là hệ số bám ngang 𝜑 𝑦 và được định nghĩa tỉ số giữa phản lực ngang cực đại với tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe Gb
Hình 2 1: Lực và phản ngang trên bánh xe
Yb – Phản lực ngang cực đại của mặt đường tác dụng lên bánh xe (N)
Fy – Lực ngang tại bánh xe (N)
Khả năng bám theo chiều ngang cũng được thể hiện qua hệ số bám ngang 𝐹 𝜑 𝑦 :
𝐹 𝜑 𝑦 = 𝜑 𝑦 𝑍b (1.9) Để cho bánh xe không bị trượt ngang thì phản lực ngang cực đại phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám ngang:
Hệ số bám và lực bám tổng quát
Trong trường hợp tổng quát, khi dưới bánh xe đồng thời có cả phản lực dọc Xb và phản lực ngang Yb, phải xét khả năng bám theo chiều của vectơ lực 𝑄 = √𝑋 𝑏 2 + 𝑌 𝑏 2 là hợp lực của Xb (Xb = Fp + Ff khi phanh) và Yb Lúc này, hệ số bám được gọi là hệ số bám tổng quát 𝜑𝑡𝑞 và được định nghĩa như sau:
Qmax – Giá trị cực đại của Q (N)
Xb – Phản lực tiếp tuyến (N) Xb = Fp + Ff khi phanh và Xb = Fk - Ff khi kéo
Khả năng bám theo chiều của vectơ hợp lực Q được thể hiện qua lực bám tổng quát 𝐹𝜑𝑡𝑞:
Lúc này, để cho bánh xe không bị trượt theo hướng của vectơ hợp lực Q, phản lực tổng hợp cực đại Q phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám tổng quát:
Như vậy, nếu xét theo chiều dọc thì lực phanh cực đại Fpmax bị giới hạn bởi lực bám Fφx Nếu muốn tận dụng hết lực phanh do cơ cấu phanh tạo ra để hãm chuyển động của ô tô, thì cần phải tăng lực bám Để tăng lực bám, chúng ta phải tăng hệ số bám hoặc trọng lượng bám và tốt nhất là tăng cả hai
6 Để tăng hệ số bám, người ta sử dụng lốp có vấu cao Để tăng trọng lượng bám, người ta thiết kế nhiều cầu chủ động nhằm sử dụng toàn bộ trọng lượng của xe làm trọng lượng bám.
Sự trượt
Hệ số trượt (độ trượt) Độ trượt khi phanh:
• 𝑟 𝑙 - bán kính lăn của bánh xe (m)
Bánh xe lăn có trượt quay Đây là trường hợp của bánh xe đang có lực kéo, khi đó tốc độ của tâm bánh xe (tốc độ thực tế) V nhỏ hơn tốc độ lý thuyết 𝑣 0 , do vậy cực P nằm trong vòng bánh xe và rl < r Trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, theo quy luật phân bố vận tốc sẽ xuất hiện một vận tốc trượt 𝑣 𝛿 ngược hướng với trục x Ta có quan hệ sau:
Hình 2 2:Lăn có trượt quay v = 𝑣 𝛿 + vo = 𝑣 𝛿 + 𝜔 r = 𝜔 𝑟 𝑙 (1.16)
Vậy 𝑣 𝛿 < 0 thì 𝛿 𝑘 > 0 Ở trạng thái trượt quay hoàn toàn (bánh xe chủ động quay, xe đứng yên) ta có: v = 0 → 𝜔 > 0 →𝑟 𝑙 = 0
𝑉 0 = 1 (Trượt quay hoàn toàn) (1.17) Trường hợp bánh xe lăn có trượt lết:
Hình 2 3: Lăn có trượt lết
Ta có khi bánh xe bị trượt lết đây là trường hợp bánh xe đang được phanh Trong trường hợp này v >v0, cực P nằm bên ngoài bánh xe và rl > r Tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường cũng xuất hiện tốc độ trượt nhưng hướng theo hướng dương của trục x
Do 𝑣 𝛿 > 0 nên 𝛿 𝑘 < 0 Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn (bánh xe bị hãm cứng, xe vẫn chuyển động) ta có: v ≠0 → 𝜔 𝑏 = 0 →𝑟 𝑙 = ∞
Mối quan hệ lực phanh và sự trượt
Lực phanh tạo ra ở cơ cấu phanh nhưng mặt đường là nơi tiếp nhận lực phanh đó
Vì vậy lực phanh của ô tô bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường, mà đặc trưng là hệ số bám 𝜑, theo mối quan hệ sau:
Z: Tải trọng tác dụng lên bánh xe
Từ đây ta thấy rằng khi phanh gấp (𝐹𝑝 lớn) hay khi phanh trên các đoạn đường có 𝜑 thấp như đường băng, tuyết thì phần lớn 𝐹𝑝dư mà mặt đường không có khả năng tiếp
9 nhận sẽ làm bánh xe sớm bị bó cứng và trượt lết trên đường Mức độ thể hiện qua hệ số trượt tương đối 𝜆:
Va: Vận tốc của xe
𝜔𝑏: Tốc độ góc của bánh xe rb: Bán kính tính toán của bánh xe
Hình 2 4:Sự thay đổi của hệ số bám dọc 𝜑x và hệ số bám ngang 𝜑y theo độ trượt tương đối 𝜆 của bánh xe
Từ đồ thị hình 6 ta thấy rằng hệ số bám dọc có giá trị cực đại 𝜑 max ở một độ trượt tương đối 𝜆 0 Thực nghiệm chứng minh 𝜆 0 thường nằm trong giới hạn (10-30) % Ở giá trị 𝜆 0 này không những hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang cũng có giá trị khá cao
Khi 𝜆= 100% là trạng thái bánh xe bị bó cứng và bị trượt lết hoàn toàn trên đường
Vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là 𝜆 0 (10-30) % thì sẽ đạt
10 lực phanh cực đại Nghĩa là hiệu quả phanh cao nhất và đảm bảo ổn định tốt nhất khi phanh.
Mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt
Hình 2 5:Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt
Mối quan hệ giữa lực phanh và tỉ số trượt được biểu diễn bởi đồ thị hình 7 ta có thể dễ dàng hiểu được mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số trượt Lực phanh không nhất thiết cân đối với tỉ số trượt Vì vậy để đảm bảo lực phanh lớn nhất thì tỉ số trượt nằm trong vùng dung sai trượt ABS
Từ những kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng đối với ABS thì hiệu quả phanh và ổn định phanh phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn sơ đồ phân phối các mạch điều khiển và mức độ độc lập hay phụ thuộc vào việc điều khiển lực phanh tại các bánh xe Sự thoả mãn đồng thời hai chỉ tiêu hiệu quả phanh và ổn định khi phanh là vấn đề khá phức tạp và là vấn đề đã và đang nghiên cứu của các nhà chuyên môn Các hệ thống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng nguyên lý điều chỉnh sau đây:
- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh
- Theo giá trị độ trượt cho trước
- Theo giá trị của tỉ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó
11 Ở các loại đường nhựa khô, hệ số bám dọc vẫn tương đối cao Tuy nhiên hệ số bám ngang 𝜑𝑦 nhỏ, do đó không đảm bảo được lực bám ngang, làm cho xe mất tính ổn định hướng khi phanh Vì vậy trang bị ABS trên xe sẽ vẫn rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả phanh tốt nhất Qua thực nghiệm người ta thấy rằng khi xe có trang bị hệ thống ABS:
- Đường nhựa khô: hiệu quả phanh đạt khoảng 115% (tăng 15% so với không có ABS)
- Đường đóng băng: hiệu quả phanh đạt khoảng 150% (tăng 50% so với không có ABS)
- Hệ thống TCS dựa trên các nguyên lý điều chỉnh sau:
- Gia tốc nhanh dẫn của bánh xe tăng tốc
- Giá trị độ trượt cho trước
- Giá trị của tỷ số giữa vận tốc góc của bánh xe và gia tốc góc nhanh dẫn của nó
Từ đỏ mà hệ thống TCS ra đời, đảm bao hiệu qua tăng tốc cao và điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt tương đối giữa các bánh xe và mặt đường thay đổi quanh giá trị trong giới hạn hẹp Những loại mặt đường trơn có hệ số ma sát thấp như đường băng, nhựa ướt, nước mưa sẽ có lực phanh kéo, quãng đường phanh dải hơn so với đường bê tông khô.
Phương pháp điều khiển
Phương pháp điều khiển truyền thống: Sử dụng một bộ điều khiển để giảm tốc độ quay của bánh xe bằng cách giảm lượng nhiên liệu đến động cơ Tuy nhiên, phương pháp này có thể gây ra mất hiệu suất động cơ và không hiệu quả trên đường trơn trượt
Phương pháp điều khiển tốc độ bánh xe: Sử dụng các cảm biến trên bánh xe để theo dõi tốc độ quay và điều khiển hệ thống phanh để giảm tốc độ quay của bánh xe Phương pháp này giúp giảm trượt bánh xe và duy trì khả năng lái xe
Phương pháp điều khiển dựa trên trạng thái: Sử dụng các cảm biến để đo lường trạng thái của xe, bao gồm tốc độ, góc quay và gia tốc Dữ liệu này được sử dụng để tính toán các thông số điều khiển và giảm tốc độ quay của bánh xe khi cần thiết
Phương pháp điều khiển thông minh: Sử dụng các thuật toán điều khiển thông minh để tính toán và điều khiển hệ thống TCS Phương pháp này cho phép hệ thống
TCS tối ưu hóa hoạt động của nó dựa trên tình huống cụ thể, đồng thời giảm thiểu mức độ can thiệp vào hiệu suất động cơ.
Giới thiệu bộ điều khiển ON/OFF
Bộ điều khiển ON/OFF, hay còn gọi là bộ điều khiển hai vị trí, là một loại hệ thống điều khiển đơn giản và phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng Tên gọi "ON/OFF" xuất phát từ cách thức hoạt động của hệ thống, khi tín hiệu điều khiển chỉ có thể ở một trong hai trạng thái: bật (ON) hoặc tắt (OFF)
Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển ON/OFF rất dễ hiểu Hệ thống này hoạt động dựa trên sự so sánh giữa giá trị thực tế của một biến số và giá trị đặt trước (setpoint) Khi có sự sai lệch giữa hai giá trị này, bộ điều khiển sẽ phản ứng bằng cách bật hoặc tắt thiết bị điều khiển để điều chỉnh biến số về gần giá trị đặt trước
Hình 2 6:Bộ điều khiển ON/OFF
Bộ điều khiển ON/OFF, hay còn gọi là bộ điều khiển hai vị trí, là một loại hệ thống điều khiển đơn giản và phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng Tên gọi "ON/OFF" xuất phát từ cách thức hoạt động của hệ thống, khi tín hiệu điều khiển chỉ có thể ở một trong hai trạng thái: bật (ON) hoặc tắt (OFF) Bộ điều khiển ON/OFF được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau do tính đơn giản và hiệu quả của nó.
Giới thiệu động cơ BLDC
Động cơ DC không chổi than (hay còn gọi là BLDC) là động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu được điều khiển bằng dòng điện một chiều (DC) và nó thực hiện hệ thống chuyển mạch điều khiển điện tử ( chuyển mạch là quá trình tao ra mô-men quay trong động cơ bằng cách thay đổi dòng pha thông qua vào thời điểm thích hợp ) thay vì
13 hệ thống chuyển mạch cơ học Động cơ BLDC còn được gọi là động cơ nam châm vĩnh cửu hình than
Không giống như động cơ DC loại có chổi than thông thường, trong đó chổi than tạo ra tiếp xúc cơ học với cổ góp trên rôto để tạo thành đường dẫn điện giữa nguồn điện một chiều và cuộn dây phần ứng rôto, động cơ BLDC sử dụng chuyển mạch điện với rôto nam châm vĩnh cửu và stato có trình tự các cuộn dây Trong động cơ này, nam châm vĩnh cửu ( hoặc cực từ ) quay và dây dẫn mang dòng điện được cố định
Hình 2 7:Cấu tạo của động cơ BLDC
Các cuộn dây phần ứng được chuyển mạch điện tử bằng các bóng bán dẫn hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon ở đúng vị trí rôto sao cho trường phần ứng nằm trong không gian cầu phương với các cực trường rôto Do đó lực tác dụng lên rô to làm nó quay
Cảm biến Hall hoặc bộ mã hóa quay được sử dụng phổ biến nhất để cảm nhận vị trí của rô to và được đặt xung quanh stato Phản hồi vị trí rô to từ cảm biến giúp xác
14 định thời điểm chuyển đổi dòng điện phần ứng Sự sắp xếp chuyển mạch điện tử này giúp loại bỏ cổ góp và chổi than trong động cơ DC và do đó đạt được hoạt động đáng tin cậy hơn và ít ồn hơn
Do không có chổi than nên động cơ BLDC có khả năng chạy ở tốc độ cao Hiệu suất của động cơ BLDC thường là 85 đến 90 phần trăm, trong khi động cơ DC loại chổi than có hiệu suất từ 75 đến 80 phần trăm Có rất nhiều loại động cơ BLDC có sẵn, từ dải công suất nhỏ đến mã lực đoạn, mã lực tích hợp và dải công suất lớn
2.8.1 Cấu tạo của động cơ BLDC
Hình 2 8: Các bộ phận cơ bản của động cơ BLDC Động cơ BLDC có thể được chế tạo theo các cấu hình vật lý khác nhau Tùy thuộc vào cuộn dây stato, chúng có thể được cấu hình thành động cơ một pha, hai pha hoặc ba pha Tuy nhiên, động cơ BLDC ba pha có rôto nam châm vĩnh cửu được sử dụng phổ biến nhất Cấu tạo của động cơ này có nhiều điểm tương đồng với động cơ cảm ứng ba pha cũng như động cơ một chiều thông thường, Động cơ này có các bộ phận stato và rôtô giống như tất cả các động cơ khác
Stator của động cơ BLDC
Stato của động cơ BLDC được tạo thành từ các tấm thép xếp chồng lên nhau để mang các cuộn dây Những cuộn dây này được đặt trong các rãnh cắt dọc theo chu vi bên trong của stato Những cuộn dây này có thể bố trí theo hình sao hoặc hình tam giác Tuy nhiên, hầu hết các động cơ BLDC đều có stato nối sao ba pha Mỗi cuộn dây được cấu tạo từ nhiều cuộn dây nối với nhau, trong đó một hoặc nhiều cuộn dây được đặt trong mỗi khe Để tạo thành số cực chẵn, mỗi cuôn dây này được phân bố trên ngoại vi của stato
Nói chung, hầu hết các động cơ BLDC bao gồm ba cuộn dây stato được kết nối theo kiểu hình sao hoặc kiểu 'Y' (không có điểm trung tính) Ngoài ra, dựa trên các kết nối cuộn dây, cuộn dây stato được chia thành động cơ hình thang và hình sin
Các dạng sức điện động của động cơ
Stato phải được chọn có điện áp định mức chính xác tùy thuộc vào khả năng cung cấp điện Đối với các ứng dụng robot, ô tô và thiết bị truyền động nhỏ, động cơ BLDC điện áp 48V trở xuống được ưu tiên Đối với các ứng dụng công nghiệp và hệ thống tự động hóa, sử dụng động cơ định mức 100V trở lên
2.7.1.2 Rôto Động cơ BLDC kết hợp một nam châm vĩnh cửu trong rôto Số cực trong rôto có thể thay đổi từ 2 đến 8 cặp cực với các cực nam và bắc xen kẽ tùy theo yêu cầu ứng dụng Để đạt được mô-men xoắn cực đại trong động cơ, mật độ từ thông của vật liệu phải cao Cần có vật liệu từ tính thích hợp cho rôto để tạo ra mật độ từ trường cần thiết
Rôto của động cơ BLDC
Nam châm Ferrite giá thành rẻ, tuy nhiên chúng có mật độ từ thông thấp trong một thể tích nhất định Nam châm hợp kim đất hiếm thường được sử dụng cho các thiết kế mới Một số hợp kim sử dụng hiện nay là Samarium Cobalt (SmCo), Neodymium(Nd), Ferrite và Boron(NdFeB) Rôto có thể được chế tạo với các cấu hình lõi khác nhau như lõi tròn có nam châm vĩnh cửu ở ngoại vi, lõi tròn có nam châm hình chữ nhật…
Tùy theo cách đặt của rôto mà động cơ BLDC sẽ chia làm 2 loại: loại rôto nằm bên trong và stato cố định bên ngoài, loại rôto nằm bên ngoài và stato cố định bên trong
Trong thiết kế rôto bên trong, rôto được đặt ở giữa động cơ và cuộn dây stato bao quanh rôto Vì rôto nằm trong lõi nên nam châm rôto không cách nhiệt bên trong và nhiệt dễ bị tiêu tan Vì lý do này, động cơ được thiết kế rôto bên trong tạo ra một lượng mô-men xoắn lớn và được sử dụng hợp lý
Các vị trí đặt của Rôto
Trong thiết kế rôto ngoài, rôto bao quanh cuộn dây nằm trong lõi của động cơ Các nam châm trong rôto giữ nhiệt của động cơ bên trong và không cho phép thoát ra khỏi động cơ Loại động cơ được thiết kế như vậy hoạt động ở dòng điện định mức thấp hơn và có mô-men xoắn thấp
Góc đặt của cảm biến Hall
TỔNG QUAN HỆ THỐNG
Phần cứng
3.1.1 Tổng quan về xe máy điện
3.1.1.1 Giới thiệu về xe điện
Xe máy điện là một loại phương tiện giao thông cá nhân sử dụng động cơ điện thay vì động cơ xăng truyền thống Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu bảo vệ môi trường, xe máy điện ngày càng trở nên phổ biến và được ưa chuộng Dưới đây là một số điểm nổi bật về xe máy điện
3.1.1.2 Ưu điểm xe máy điện
Tiết kiệm năng lượng: Xe máy điện sử dụng năng lượng từ pin sạc, giúp giảm thiểu việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu mà còn giảm lượng khí thải CO2, góp phần bảo vệ môi trường
Hình 3 1: Tiết kiệm năng lượng giảm khí CO2 Vận hành êm ái: Động cơ điện thường hoạt động êm ái hơn so với động cơ xăng, giảm thiểu tiếng ồn khi di chuyển Điều này tạo ra trải nghiệm lái xe dễ chịu hơn và góp phần giảm tiếng ồn đô thị
Bảo trì đơn giản: Xe máy điện có cấu trúc cơ khí đơn giản hơn so với xe máy xăng, do không có hệ thống truyền động phức tạp và nhiều bộ phận chuyển động Điều này giúp giảm chi phí và thời gian bảo dưỡng
Hiệu suất cao: Động cơ điện cung cấp mô-men xoắn ngay lập tức, giúp xe máy điện có khả năng tăng tốc nhanh và hiệu quả Điều này đặc biệt hữu ích khi di chuyển trong đô thị với nhiều điểm dừng và khởi hành
Chi phí vận hành thấp: Mặc dù chi phí ban đầu có thể cao hơn, nhưng xe máy điện thường có chi phí vận hành thấp hơn nhờ tiết kiệm năng lượng và bảo trì ít hơn Pin xe có thể được sạc tại nhà hoặc tại các trạm sạc công cộng với chi phí thấp
Công nghệ tiên tiến: Nhiều mẫu xe máy điện hiện nay được trang bị các tính năng công nghệ tiên tiến như hệ thống định vị GPS, kết nối Bluetooth, và ứng dụng di động để quản lý xe từ xa Những tính năng này mang lại sự tiện lợi và hiện đại cho người dùng
Hình 3 2 Các công nghệ hiện đại trên xe máy điện
Xe máy điện đang dần trở thành một lựa chọn thay thế hợp lý và bền vững cho xe máy xăng Với những lợi ích về môi trường, kinh tế và trải nghiệm lái xe, loại phương tiện này hứa hẹn sẽ ngày càng phổ biến hơn trong tương lai
3.1.1.3 Nhược điểm xe máy điện
Phạm vi hoạt động hạn chế: Một trong những nhược điểm lớn nhất của xe máy điện là phạm vi hoạt động của chúng thường hạn chế hơn so với xe máy xăng Pin điện
23 hiện tại có thể cung cấp năng lượng cho một quãng đường giới hạn, và việc sạc pin cần thời gian đáng kể
Thời gian sạc dài: So với việc đổ xăng, việc sạc pin cho xe máy điện mất nhiều thời gian hơn, thường kéo dài từ vài giờ đến qua đêm Điều này có thể không thuận tiện cho những người cần sử dụng xe liên tục hoặc đi đường dài
Hình 3 3: Sạc cho xe máy điện
Giá thành ban đầu cao: Mặc dù chi phí vận hành và bảo trì thấp, giá mua ban đầu của xe máy điện thường cao hơn so với xe máy xăng truyền thống Điều này có thể là một rào cản đối với nhiều người tiêu dùng
Hạ tầng sạc chưa phát triển: Ở nhiều nơi, hạ tầng trạm sạc điện còn hạn chế Người dùng có thể gặp khó khăn trong việc tìm kiếm trạm sạc công cộng, đặc biệt là khi di chuyển xa hoặc đến các khu vực nông thôn
Hình 3 4: Trạm sạc xe máy điện
Dung lượng pin giảm theo thời gian: Pin xe máy điện có tuổi thọ giới hạn và dung lượng pin sẽ giảm dần theo thời gian và số lần sạc Điều này đồng nghĩa với việc sau một thời gian sử dụng, phạm vi hoạt động của xe sẽ giảm đi, và người dùng có thể phải thay thế pin với chi phí không nhỏ
Khả năng chịu tải và vận hành: Một số mẫu xe máy điện hiện nay có khả năng chịu tải và vận hành không cao bằng xe máy xăng, đặc biệt là khi chở nặng hoặc di chuyển trên các địa hình khó khăn
Hạn chế về tốc độ: Một số mẫu xe máy điện có giới hạn tốc độ thấp hơn so với xe máy xăng, điều này có thể là một trở ngại cho những ai cần di chuyển nhanh hoặc thường xuyên di chuyển trên các tuyến đường cao tốc
3.1.2 Giới thiệu xe máy điện Vinfast Impes
Phần mềm
VOTOL-EM-V3 Software Debugging là một ứng dụng cho phép cấu hình bộ điều khiển Votol theo từng mục đích khác nhau thông qua các trường điện áp, tay ga, ta thực hiện các bước sau:
Bước 1: Kết nối dây TX, RX của máy tính vào dây TX, RX của Votol sau đó kiểm tra driver CH340 trong Device Manager
Hình 3 37: Kiểm tra kết nối máy tính với ECU
Bước 2: Mở app VOTOL-EM-V3 Software Debugging, chọn RESEARCH chọn cổng COM ở trường PORT tuong ứng với phần device manager
Hình 3 38: Các trường để kết nối đến ECU Votol Bước 3: Bấm OPEN và connect thì app sẽ tự nhận biết Model của bộ điều khiển
Bước 4: Điều chỉnh Battery Voltage(V) tương ứng với nguồn mà ta cấp cho vi điều khiển hay Điều chỉnh mức điện áp tối đa và tối thiểu mà nguồn có thể hoạt động được(theo thông số của nguồn) và các trường khác
Bước 5: Sau khi điều chỉnh tất cả các thông số muốn cài đặt bấm save pram để lưu lại các thông số
Hình 3 39: Giao diện phần mềm ECU Votol
Thiết lập cài đặt cho động cơ:
+Battery Voltage(V): chọn thông số điện áp của nguồn cấp cho Votol
+Overvoltage(V): Mức điện áp tối đa mà ECU có thể tải được
+Undervoltage(V): Mức điện áp tối thiểu mà ECU có thể hoạt động
+Busbar current(A): Dòng điện cung cấp tối đa cho phép tới bộ điều khiển
+Low protect: Mức điện áp bảo vệ tay ga mức thấp
+ Start voltage: Mức điện áp hoạt động tối thiểu của tay ga
+ The end of the: Mức điện áp hoạt động tối đa của tay ga
+High: Mức điện áp bảo vệ tay ga mức cao
Hình 3 40: Thiết lập cài đặt tay gatrên VOTOL-EM-V3 Software Debugging
- Pole pairs: chọn đúng số cặp cực của động cơ để có thể thu được giá trị tốc độ chính xác
- Motor type: chọn đúng loại nam châm của động cơ cho động cơ ( đối với động cơ Wheel Hub của nhóm sẽ chọn “surface mount”)
- Hall shift Angle: chọn góc lệch pha trong cho bộ điều khiển và điều chỉnh lại pha của động cơ
Hình 3 41: Thiết lập cài đặt cho động cơ trên VOTOL-EM-V3 Software Debugging
Arduino IDE là một công cụ lập trình mạnh mẽ, hoàn toàn miễn phí và mã nguồn mở, được sử dụng rộng rãi để viết và biên dịch mã cho các bo mạch Arduino Điểm đặc biệt của Arduino IDE là sự kết hợp hoàn hảo giữa phần cứng và phần mềm, mang đến cho người dùng trải nghiệm lập trình đơn giản, linh hoạt và hiệu quả
Phần mềm Arduino IDE đóng vai trò như bộ não điều khiển cho hệ thống phần cứng Nó cung cấp môi trường lập trình trực quan, dễ sử dụng, giúp người dùng viết code đơn giản để điều khiển các cảm biến, linh kiện trên bo mạch Arduino
Hình 3 42: Giao diện phần mềm Arduio IDE
SerialPlot là một công cụ hữu ích được sử dụng để giám sát và tương tác với dữ liệu thời gian thực Ứng dụng này thường được sử dụng để giúp hiển thị và phân tích dữ liệu từ các thiết bị như Arduino hoặc các board mạch khác SerialPlot là một công cụ linh hoạt và mạnh mẽ có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau cho phép người dùng trực quan hóa dữ liệu từ các cảm biến như cảm biến nhiệt độ, áp suất, gia tốc, v.v thông qua cổng Serial của máy tính
Hình 3 43: Giao diện phần mềm SerialPlot
Các bước kết nối SerialPlot với Arduino Uno:
- Bước 1: chọn cổng COM trùng với cổng Arduino
- Bước 2: điều chỉnh các các thông số như Baurate, Partity, Stop bit, ở trường PORT
- Bước 3: mở Data Format -> ASCII sau đó chọn số channel phù hợp với data nhận
- Bước 4: Sau đó chọn Column Delimiter : comma, tiếp đến là Filter by Prefix : Include
Hình 3 44: Các thông số trong SerialPlot
Microsoft Excel là một ứng dụng bảng tính mạnh mẽ và phổ biến, nằm trong bộ phần mềm văn phòng Microsoft Office Được thiết kế để xử lý dữ liệu, phân tích số liệu và trực quan hóa thông tin Các bảng tính trong Excel được cấu trúc thành các hàng và cột, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nhập liệu, tính toán và quản lý thông tin một cách hiệu quả.Ngoài ra phần mềm cũng có thể giao tiếp truyền nhận dữ liệu với Arduino thông qua công Serial
Hình 3 45: Giao diện phần mềm Excel
Các bước kết nối với Arduino và Excel:
Bước 1: Mở chương trình Excel, sau đó vào phần Data Streamer
Bước 2: Chọn “Connect a Device”3 sau đó chọn Arduino Uno (COM4)
Bước 3: Chọn sheet Settings sau đó nhập thông số tương ứng với các trường Data interval, Data rows, Data channels, Data orientation
Hình 3 46:Các thông số cài đặt trên Excel
Bước 4: trở về sheet Data In và bấm Start Data để lấy dữ liệu
Hình 3 47: Bắt đầu lấy data từ Arduinno Bước 5: Đến khi lấy được data thì ấn Stop Data
Hình 3 48: Dừng dữ liệu nhận về từ Arduino
Các ngoại vi được sử dụng
Giao thức UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) là một phương thức truyền thông nối tiếp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nhúng và máy tính để truyền và nhận dữ liệu giữa các thiết bị UART hoạt động không đồng bộ, nghĩa là không cần tín hiệu đồng hồ chung giữa các thiết bị truyền và nhận, giúp giảm thiểu số lượng dây kết nối cần thiết
Hình 3 49: Frame dữ liệu data của giao thức UART UART truyền dữ liệu theo dạng từng bit một, theo một chuỗi tuần tự từ thiết bị gửi sang thiết bị nhận Cả hai thiết bị phải được cấu hình cùng một tốc độ truyền (baud rate) để đảm bảo dữ liệu được truyền chính xác
Khởi động (Start Bit): Bắt đầu bằng một bit mức thấp (0) để báo hiệu bắt đầu của một khung dữ liệu
Dữ liệu (Data Bits): Tiếp theo là các bit dữ liệu (thường là 7 hoặc 8 bit)
Bit chẵn lẻ (Optional Parity Bit): Được sử dụng để kiểm tra lỗi Có thể là chẵn (even parity) hoặc lẻ (odd parity), hoặc không có bit chẵn lẻ
Bit dừng (Stop Bit): Kết thúc khung dữ liệu bằng một hoặc hai bit mức cao (1)
Giao thức I2C (Inter-Integrated Circuit) là một phương thức truyền thông nối tiếp đồng bộ được phát triển bởi Philips Semiconductor (hiện là NXP Semiconductors) Nó cho phép kết nối và truyền dữ liệu giữa các vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi như cảm biến, bộ nhớ và các bộ truyền nhận I2C đặc biệt hữu ích trong các hệ thống nhúng nhờ khả năng kết nối nhiều thiết bị trên cùng một bus chỉ với hai dây dẫn
Hình 3 50: Giao thức I2C I2C sử dụng hai dây dẫn để truyền thông:
- SDA (Serial Data Line): Dây truyền dữ liệu nối tiếp
- SCL (Serial Clock Line): Dây truyền tín hiệu đồng hồ
Một thiết bị trên bus I2C có thể hoạt động ở chế độ master (chủ) hoặc slave (tớ) Thiết bị master điều khiển tín hiệu đồng hồ và bắt đầu các giao dịch truyền thông, trong khi các thiết bị slave đáp ứng các yêu cầu từ master
Giao thức ngắt ngoại vi (external interrupt) là một cơ chế trong các hệ thống vi điều khiển và máy tính nhúng, cho phép các thiết bị ngoại vi hoặc các tín hiệu bên ngoài kích hoạt một sự gián đoạn trong hoạt động bình thường của vi điều khiển để thực hiện một tác vụ quan trọng Khi một ngắt ngoại vi xảy ra, vi điều khiển tạm dừng công việc hiện tại của nó, lưu trạng thái hiện tại, và chuyển sang thực hiện một hàm xử lý ngắt (ISR - Interrupt Service Routine) để đáp ứng yêu cầu của sự kiện ngắt
Hình 3 51: Thứ tự xử lý khi chương trình khi xảy ra ngắt ngoài
Giao thức ADC (Analog-to-Digital Converter) là quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự (analog) sang tín hiệu số (digital) để các vi điều khiển hoặc các hệ thống kỹ
57 thuật số có thể xử lý ADC là một thành phần quan trọng trong các hệ thống nhúng, đặc biệt là khi cần giao tiếp với các cảm biến và thiết bị ngoại vi cung cấp tín hiệu tương tự
Hình 3 52: Module Analog-to-Digital Converter
ADC thực hiện quá trình chuyển đổi bằng cách lấy mẫu tín hiệu tương tự tại các khoảng thời gian đều đặn và sau đó lượng tử hóa các mẫu này thành các giá trị số tương ứng
Giao thức DAC (Digital-to-Analog Converter) là quá trình chuyển đổi tín hiệu số (digital) thành tín hiệu tương tự (analog) DAC là một thành phần quan trọng trong các hệ thống nhúng và các thiết bị điện tử, đặc biệt khi cần giao tiếp với các thiết bị hoặc hệ thống sử dụng tín hiệu tương tự, chẳng hạn như loa, màn hình analog, và các thiết bị điều khiển
Hình 3 53:Digital-to-Analog Converter
DAC hoạt động bằng cách chuyển đổi các giá trị số nhận được từ vi điều khiển hoặc các thiết bị kỹ thuật số khác thành các mức điện áp tương tự.
Lưu đồ giải thuật
Với lưu đồ giải thuật nhóm sẽ tính toán vận tốc ở 2 bánh được gửi về từ 2 cảm biến Hall ở bánh trước và sau, từ 2 dữ liệu đó nhóm sẽ tính toán đến tỷ số trượt để có thể dễ dàng điều khiển được động cơ trong khi chạy ở 2 loại đường sẽ thực nghiệm: đường nhựa khô và đường trơn trượt
Hình 3 54: Lưu đồ giải thuật
Sau đó nhóm sẽ cài đặt tỷ số trượt ở khoảng lớn hơn 0.4 thì bộ điều khiển TCS sẽ hoạt động và thay thế điều khiển thay tín hiệu tay ga đưa vào ECU Nếu tỷ số trượt nhỏ hơn 0.4 thì tín hiệu tay ga sẽ được đưa thẳng vào ECU để điều khiển động cơ Đối với vi điều khiển nhóm sẽ dùng đến các ngoại vi như sau: 2 ADC, 2 External Interupt, I2C, UART và 1 ADC của MCP4725 Với module UART nhóm sẽ truyền tín hiệu thông qua cổng Serial của Arduino, module ADC để đọc tín hiệu điện áp của pin và tay ga, module I2C để truyền dữ liệu thông qua MCP4725 từ đó có để đưa ra được tín hiệu analog
Bảng 3 20: Số lượng module ngoại vi sử dụng trên Arduino Uno
Ngoại vi Số lượng module
Module External Interupt nhóm sẽ nhận tín hiệu bánh sau đưa vào INT 0 và tín hiệu bánh trước đưa vào INT 1 cả 2 External Interupt đều ngắt cạnh lên Khi bắt đầu xuất phát xe dẫn động ở bánh sau(động cơ) nên tốc độ bánh sau lúc nào cũng lớn hơn khi bắt đầu xuất phát khi trượt và khi phanh Hơn nữa Arduino Uno nếu địa chỉ thanh ghi của Interupt càng nhỏ thì độ ưu tiên sẽ càng cao, với lý do đó nhóm sẽ cho tín hiệu từ bánh xe sau vào INT0, để khi tính toán tín hiệu từ tốc dộ bánh sau sẽ ưu tiên tốc độ bánh trước Ngoài ra khi bắt đầu viết chương trình nhóm có sử dụng 2 thư viện chính để hỗ trợ cho đề tài, đó là thư viện: “Wire.h” , “Adafruit_MCP4725.h”
Hình 3 55: Bảng vector table interupt Atmega328P
Vậy khi ta có tín hiệu từ cảm biến Hall để có thể tín được vận tốc(Km /h) ta phải tính được chu vi bánh xe thông qua thông số lốp xe
Hình 3 56: Thông số lốp xe sau
Như hình trên ta có thể thấy:
- 60: tỷ lệ chiều cao lốp xe và độ rộng lốp(A)(%)
- 10: đường kính vãnh xe(d)(inch) = 254mm
Hình 3 57: Ký hiệu tính toán lên bánh xe
Từ các thông số trên ta có thể tính đường kính cả bánh xe:
A = H / W ⟺ 60% = H / 130 ⟺ H = 78 (mm) Đường kính tổng bánh xe: D = d + 2*H = 254 + 2*78 = 410 (mm)
Chu vi bánh xe: CV = D * π = 410 * 3.14 = 1287.4 (mm) = 1.2874 (m)
Vận tốc bánh xe: V = RPM * (1.2874 / 60) *3.6 (km/h)
Với lưu đồ thuật toán trên khi vào đường trơn trượt thì tỷ số trượt lớn hơn 0.4 nhóm sẽ set mức điện áp tay ga phù hợp với đặc tính tay ga, tức là nhóm sẽ giảm điện áp tay ga từ từ về 0.8(mức điện áp tay ga ở 0%) Tương tự với khi tăng tốc khi ra khỏi đường trơn Vì nếu không tuân theo đặc tính tay ga thì ECU sẽ ngắt điện và không điều khiển đọng cơ nữa vì ECU sẽ coi đó là tín hiệu ảo
THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT
Chạy mô hình rời
4.1.1 Sơ đồ đấu nối Để gắn động cơ cũng như là bộ điều khiển mới lên xe, nhóm thực hiện chạy mô hình rời như sơ đồ nguyên lý dưới đây:
Hình 4 1: Sơ đồ nguyên lý đấu nối chạy mô hình rời
Nhóm sẽ cấp nguồn điện 220V-AC vào bộ chuyển đồi AC to DC cho đầu ra là 48V-DC để cung cấp điện áp cho Votol hoạt động, sau đó nhóm tiếp tục đấu 3 dây tương ứng với tay ga và vận hành
Hình 4 2: Sơ đồ thực tế đấu nối chạy mô hình rời
4.1.2 Qui trình kiểm tra đấu nối khi chưa cấp nguồn
Bước 1: Kiểm tra CB ở ngay trên nguồn có bị hư hỏng không
• Đo thông mạch khi on CB
• Đo thông mạch khi off CB
Bước 2: Kiểm tra dây từ đường CB đến cọc Neutral và Line của cục nguồn
Bước 3: Kiểm tra các dây output của cục nguồn đến CB của ECU Votol
Bước 4: Kiểm tra CB ở ngay trên ECU Votol có bị hư hỏng không:
• Đo thông mạch khi on CB
• Đo thông mạch khi off CB
Bước 6: Kiểm tra từ CB ở trên ECU Votol đến đường dây vào cấp cho ECU(2 dây đỏ và đen):
• Đo thông mạch khi on CB
• Đo thông mạch khi off CB
Bước 7: Kiểm tra dây E-Switch(xám tím) đã cắm vào nguồn dương chưa Nếu chưa các dây nguồn của cảm biến Hall trên ECU sẽ không có điện áp
4.1.3 Qui trình kiểm tra khi cấp nguồn
Bước 1: Trước khi cấp nguồn phải đảm bảo các CB đang ở chế độ OFF Các jack của ECU phải được cắm chặt
Bước 2: Cấp nguồn mở CB ON trên cục nguồn, sau đó đo áp ở đầu ra của nguồn Nếu điện áp 50V -> 52V thì điện áp đầu ra đúng
Bước 3: Bật CB ON trên ECU Votol sau đó đo điện áp ở 2 dây nguồn vào ECU
Bước 4: Kiểm tra dòng 5V của cảm biến Hall Nếu chưa có dòng hãy ngắt điện và quay về bước 7 trong qui trình kiểm tra đấu nối – chưa cấp nguồn
Bước 5: Kiểm tra dòng 5V ở tay ga Nếu có đấu các dây tương ứng của tay ga vào ECU
Bước 6: Nối USB(PL 2303) từ máy tính vào ECU động cơ để điều chỉnh thông số động cơ cũng như tốc độ động cơ trên APP
4.1.4 Lắp mô hình rời vào xe
Với phần mô hình rời nhóm đã chạy thành công và bắt đầu thực hiện thay thế động cơ và ECU mới vào xe Trước tiên nhóm sẽ kiểm tra phần trục cơ khí của động cơ
Hình 4 3: Kiểm tra trục cơ khí động cơ mới
Sau khi đã kiểm tra phần cơ khí nhóm sẽ tiến hành đấu dây dựa vào tài liệu ECU Votol vào xe theo sơ đồ nguyên lý sau:
Hình 4 4: Sơ đồ nguyên lý khi lắp vào xe
Sau khi nhóm đấu dây và kiểm tra giống sơ đồ, nhóm đã vận hành và chạy thành công
Hình 4 5: Chạy thành công mô hình rời khi gắn vào xe
Khi bắt đầu lắp mô hình rời vào xe nhóm chọn cốp xe là nơi sẽ đặt ECU và bộ điều khiển để dễ dàng kiểm tra và sửa chửa nếu 1 trong 2 hoặc cả 2 gặp lỗi
Hình 4 6: Vị trí đặt ECU và bộ điều khiển trên xe
Thực nghiệm
Sau khi đã lắp và chạy ECU mới ,động cơ mới thì nhóm sẽ lắp đặt cảm biến và đi dây giống với sơ đồ nguyên lý của hệ thống xe
Hình 4 7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống trên xe
Tiếp đến để có thể biết được xe đang quay với bao nhiêu vòng trên phút hay vận tốc đạt bao nhiêu km/h Nhóm sẽ tính toán và tinh chỉnh với số vòng trên phút chuẩn của VOTOL-EM-V3 Software Debugging Ở đây để có thể thấy rõ được vòng trên phút mà nhóm em đã tính toán thì nhóm đã dùng SerialPlot để đẩy data thông qua cổng Serial trên Arduino, tiếp đó nhóm đã tinh chỉnh vận tính toán gần bằng với vận tốc động cơ trên ứng dụng VOTOL-EM-V3 Kết quả cho thấy ở đây dù nhóm em đã tính toán nhưng số vòng trên phút vẫn bị lệnh 39 rmp
Hình 4 8: Tinh chỉnh số vòng trên phút so với app Để kiểm soát được lực kéo nhóm sẽ đọc các tiến hiệu sau: giá trị điện áp của pin trong quá trình thực nghiệm ,vòng tua bánh trước, vòng tua bánh sau để từ đó có thể tính toán được vận tốc ở cả 2 bánh
Nhóm sẽ thực nghiệm về độ trượt trên 2 loại mặt đường: mặt đường bê tông và mặt đường trơn Ở mặt đường trơn nhóm sẽ dùng tấm tôn, trên miếng tôn ấy nhóm sẽ đổ vào bột giặt và nước rửa chén để mô phỏng lại mặt đường trơn
Hình 4 9: Mô phỏng mặt đường trơn
69 Ở mặt đường trơn này nhóm sẽ thực nghiệm ở 2 xuất phát điểm khác nhau:
• Vụt tốc khi đến mặt đường trơn
Hình 4 10: Xe vụt tốc khi đến mặt đường trơn Ở thời điểm xuất phát khi vụt tốc trên mặt đường trơn thì nhóm sẽ bắt đầu xuất phát cách đường trơn khoảng 1 mét, khi đến đoạn đường trơn trượt người lái xe sẽ vặn 100% tay ga để bánh xe sau xuất hiện hiện tượng trượt lếch và dùng bộ điều khiển để kiểm soát tốc độ động cơ
• Khởi hành tại mặt đường trơn Ở thời điểm xuất phát tại mặt đường trơn, nhóm sẽ đưa xe vào mặt đường trơn và vặn tay ga 100% để bánh để bánh xe sau xuất hiện hiện tượng trượt lếch và dùng bộ điều khiển để kiểm soát tốc độ động cơ
Hình 4 11:Xe khởi hành tại mặt đường trơn
Hình 4 12: Tấm tôn sau khi thực nghiệm
Ta có thể thấy sau khi thực nghiệm động cơ đã trượt quay và mất ổn định đi ra khỏi mặt đường trơn ( tấm tôn ) Hình dưới đây sẽ mô tả sự khác nhau khi người lái xe lái chiếc xe có TCS và không có TCS
Hình 4 13: Hình ảnh người lái xe khi không có TCS
Hình 4 14: Xe có TCS trên mặt đường trơn trượt.
Nhận xét và đánh giá đồ thị
4.3.1 Thực nghiệm trên mặt đường nhựa, khô:
Hình 4 15: Đồ thị tốc độ bánh trước và bánh sau trên mặt đường bê tông
Khi xe di chuyển trên đường nhựa, khô Vận tốc giữa hai bánh trước vào sau có sự chêch lệch Vì bánh sau dẫn động nên vận tốc tại mọi thời điểm sẽ lớn hơn bánh trước
Từ đồ thị Hình 4.11 ta có thể thấy, vào thời điểm từ 0 – 5s vận tốc giữa hai bánh chênh lệch khá nhỏ là khoảng 2 – 4 km/s, và từ giây thứ 5 – 11 khi xe bắt đầu tăng tốc đột ngột thì sự chênh lệch vận tốc giữa hai bánh là khoảng 5 – 7 km/h
Hình 4 16: Đồ thị tỷ số trượt ở mặt đường bê tông
Từ sự chênh lệch vận tốc ở đồ thị Hình 4.11, nhóm đã tính toán và xuất ra đồ thị như Hình 4.12 Ta có thể thấy khi xe di chuyển với vận tốc thấp khoảng 25km/h thì tỷ số trượt của xe là khoảng 0.25 và với vận tốc cao khoảng 35km/h thì tỷ số trượt của xe là khoảng 0.4
Thông qua việc thử nghiệm và đánh giá đồ thị từ điều kiện đường nhựa bề mặt khô nhóm nhận thấy thì tỷ số trượt của loại đường này là khoảng 0.4 Từ những đánh giá đó nhóm tiến hành kiểm soát và xử lý độ trượt của xe để cải thiện vận tốc khi qua những đoạn đường trơn trượt
4.3.2 Khi xe gặp đường trơn trợt đột ngột Điều kiện khi thực nghiệm: Người lái khởi hành với tốc độ thấp sau khi gặp đường trơn trượt thì mở và giữ hết tay ga
Hình 4 17: Đồ thị vận tốc bánh sau và vận tốc xe khi tăng tốc trên mặt đường trơn trượt Dựa vào đồ thị Hình 4.13 ta có thể thấy, giai đoạn từ 0 – 1s các đường vận tốc bắt đầu tăng dần từ mức gần bằng nhau khi đang di chuyển trên đường nhựa có bề mặt khô ráo Khi vào đường trơn ở giai đoạn từ 1 – 2s vận tốc bánh sau khi chưa có TCS (đường màu hồng) tăng mạnh đột ngột, đạt đỉnh khoảng hơn 50 km/h (khi chạy trên tấm tôn trong giai đoạn từ 1 -2 s) Điều này có thể thấy hiện tường trượt bánh do không kiểm soát được lực kéo Đối với vận tốc của bánh xe trước và sau có TCS ( đường xanh dương và xanh lá cây ), ban đầu khi đi vào đường trơn thì xe bị trượt (vận tốc bánh xe sau lớn hơn vận tốc bánh xe trước) Bộ điều khiển sẽ can thiệp giữ cho tốc giữa 2 bánh ổn đinh lại trong thời gian ngắn khoảng 0.4s và vận tốc khi xe vào đoạn đường trơn trượt từ khoảng 1 – 2s thì vẫn duy trì tăng dần từ 11 – 15 km/h so với xe không có TCS thì vận tốc vẫn giữ 13 km/h
Từ đó có thể thấy đối với xe có hệ thống TCS thì vận tốc đã cãi thiện hơn so với xe không có TCS khi đi vào những đoạn đường trơn trượt Sau khi ra khỏi đoạn đường trơn nhờ có hệ thống TCS mà vận tốc của xe vẫn tiếp tục tăng từ 15 – 27 km/h trong khoảng
74 thời gian từ 2 – 6s Còn đối với xe không có TCS thì cần mất một khoảng thời gian 0.5s để ổn định lại vận tốc của xe và bắt đầu tăng tốc lên dẫn trong khoảng thời gian là 2.5 – 6s từ 15 – 25 km/h
Hình 4 18: Đồ thị tỷ số trượt khi xe tăng tốc trên mặt đường trơn trượt
Từ đồ thị trên, ta có thể thấy khi xe di chuyển trên đường nhựa khô từ khoảng thời gian 0 – 1s thì tỷ số trượt có và không có TCS đều dười 0.4 Khi bắt đầu vào đường trơn, đối với xe không có TCS ( đường xanh lá cây ) tỷ số trượt lúc này đạt đỉnh khoảng 0.75
Xe có TCS ( đường màu đỏ ) khi vào đường trơn trượt nhờ bộ điều khiển can thiệp thì tỷ số trượt đạt đỉnh khoảng 0.6 và mất 0.5 giây để giảm so với xe không có hệ thống TCS thì tỷ số trượt vẫn duy trì cho đến khi xe ra khỏi đoạn đường trơn trượt Hệ thống TCS giúp cải thiện khả năng tăng tốc của xe trên mặt đường trơn trượt bằng cách điều khiển lực kéo của bánh sau, giúp giảm thiểu hiện tượng trượt bánh và đảm bảo sự ổn định cho xe
Hình 4 19: Đồ thị điện áp khi xe tăng tốc trên mặt đường trơn trượt
Nhìn vào đồ thị điện áp ta có thể thấy, đối với xe không có TCS ban đầu người lái điều khiển xe di chuyển với vận tốc khá nhỏ nên đường điện áp ( đường màu đỏ ) sẽ từ từ giảm xuống trong khoảng 0 – 0.7s từ mức 55V xuống 46V để đáp được với vận tốc mà người lái mong muốn Sau khi vào đoạn đường trơn trượt người lái bắt đầu tăng hết tay ga, lúc này động cơ cần một nguồn điện áp lớn để cho xe đạt được vận tốc tối đa nên điện áp vẫn duy trì ở mức điện áp thấp hơn mức ban đầu trong khoảng thời gian là 0.8 – 1.7s Khi động cơ đã đạt được vận tốc đa thì lúc này điện áp tăng về vị trí ban đầu Đối với xe có TCS ban đầu người lái di chuyển giống với xe không có TCS nên điện áp ( đường màu xanh dương ) sẽ giảm trong khoảng thời gian 0.7 – 1s từ 50,2 xuống 46 Sau khi xe di chuyển vào đoạn đường trơn người lái sẽ thực hiện động tác vặn hết tay ga lúc này điện áp duy trì giảm để đáp ứng được vận tốc tối đa mà người lái mong muốn nhưng khác với xe không có TCS thì thông qua bộ điều khiển sẽ nhấp nhả điện áp sao cho xe di chuyển với tốc độ phù hợp trên đoạn đường trơn trượt tránh tình trạng trượt quay ở bánh xe
Sau khi hết đoạn đường trơn trượt hệ thống TCS tạm thời dừng hoạt động chuyển sang đặc tính tay ga thực tế ( giữ tay ga ở mức 100% ) và cần một điện áp khá
76 cao trong khoảng thời gian từ 2 – 4.8s để xe có thể tăng tốc đạt vận tốc đa Còn đối với xe không có hệ thống TCS hỗ trợ thì không có sự can thiệp từ bộ điều khiển nên lúc này vận tốc của bánh xe sau đã đạt được ở mức tối đa nên điện áp lúc này duy trì ở mức ban đầu
Hình 4 20: Đồ thị gia tốc gốc khi xe tăng tốc trên mặt đường trơn trượt
Tiếp theo là đồ thị gia tốc góc, nhìn vào đồ thị ta có thể thấy đối với xe không có TCS từ giai đoạn từ 1 – 2s khi xe bắt đầu di chuyển trên đường có bề mặt trơn trượt thị góc lệch so với trọng tâm của xe lúc này dao động đạt khoảng 18 0 , lúc này xe mất ổn định gây ảnh hưởng đến khả năng đánh lái của Đối với xe có TCS hỗ trợ, khi di chuyển trên đoạn đường trơn trượt nhờ bộ điều khiển kiểm soát tốc độ quay của bánh xe nên khi đi qua đoạn đường trơn trượt thì xe sẽ ổn định hơn và góc lệch so với trọng tâm của xe đạt khoảng 3 0
Từ đó có thể thấy việc có bộ điều khiển TCS giúp xe di chuyển ổn định, tăng độ an toàn cho người lái hơn trên những đoạn đường có bề mặt có tỷ số bám kém
